DE1964183C3 - Verfahren zur Herstellung eines galvanischen Elementes, insbesondere eines elektrischen Akkumulators mit Wickelelektrodensatz - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur 1 Herstellung eines galvanischen Elementes, insbesondere eines elektrischen Akkumulators mit Wickelelektrodensatz, bestehend aus positiver und negativer Elektrode mit zwischenliegender Separation, der in einem metallischen den Wickelelektrodensatz zusammenpressenden Becher angeordnet ist.

Es ist bekannt, die Becher von galvanischen Elementen nach Einführung des Elektrodenwickels mit Hilfe mechanischer Vorrichtungen zusammenzupressen. In der FR-PS 1 343 759 (US-PS 3 364 CS9, GB-PS 1 001 695) ist ein Verfahren beschrieben, das ein Abwik kein des eingeführten Elektrodenwickels und somit eine Vergrößerung des Elektrodenabstandes dadurch verhindert, daß der Becher auf den Elektrodenwickel gepreßt wird. Zu diesem Zweck durchläuft der Becher ein Zieheisen oder wird mittels einer Presse oder durch Drücken auf der Drehbank zusammengepreßt. Durch die geringe Verengung und besonders durch die Streuung der Dicke des Elektrodenmaterials kommt es vor, daß der Elektrodenwickel sich unter Stoßeinwirkung seitlich verschieben kann.

Die FR-PS 1 411 162 beschreibt ein Verfahren zur Vermeidung dieser seitlichen Verschiebung. Zwischen Deckel und Elektrodenwickel sind Plastikstücke eingelegt, und der Zylindermantel ist teilweise mit der äußeren Windung des Wickels verschweißt. Eine solche Befestigung ist besonders wichtig, wenn das galvanische Element Vibrationen oder sehr starken Beschleunigungen ausgesetzt ist.

In der letztgenannten Patentschrift ist außerdem beschrieben, wie die Fahnen der negativen Elektroden, die sich am Boden des Behälters befinden, angeschweißt sind. Hierzu wird eine Elektrode des Schweißgerätes in die Mitte des Elektrodenwickels eingefügt, die andere Elektrode wird außen am Boden des Bechers befestigt. Eine solche Verschweißung isi schwierig herzustellen und beansprucht relativ viel Zeit. Sie ist jedoch nötig, um einen elektrischen Kontakt längs der gesamten Länge der negativen Elektrode mit dem als negative Anschlußklemme dienenden Becher zu erhalten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die

Nachteile der bekannten Anordnung zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß nach Einführung des festen Elektrodenwickels auf den Becher ein radiales elektromagnetisches Kräftefeld einwirkt, das den Bechermantel unter magnetoplastischer Verformung eng an die Konturen des Wikkels anpreßt

Vorzugsweise erfolgt die Züsammenpressung, indem ein impulsförmiges magnetisches Feld auf den leitenden Becher einwirkt und die magneto-plastische Verformung hervorruft.

Auf diese Weise schmiegt sich der Bechermantel an alle Unregelmäßigkeiten der Oberfläche des Elektrodenwickels eng an. Die durch das Kräftefeld hervorgerufene radiale Zusammenpressung erfolgt mit konstantem Druck gegebener Größe, und die Amplitude der plastischen Verformung wird nur durch den Widerstand des Elektrodenwickels bestimmt. Durch die spezielle Feldverteilung unterliegt der Wickel einem an allen Seiten gleichmäßigen Druck, und das erfindungsgemäße Verformungsverfahren wird in außerordentlich kurzer Zeit durchgeführt.

Auf diese Weise erhält man einen guten elektrischen Kontakt zwischen der äußeren Windung des Elektrodenwickels und der inneren metallischen Becheroberfläche und ein Anschweißen dieser Windung an den Becher erübrigt sich. Da sich der Bechermantel eng an die Unregelmäßigkeiten der Wickeloberfläche anschmiegt, ist der Elektrodenwickel durch Reibungskräfte im Innern des Bechers fest eingeklemmt.

An die den Elektrodenwickel überragende Seite einer Elektrode ist ein Deckel angeschweißt, der den Becher nach erfolgter Zusammenpressung abschließt und als Anschlußklemme dient. Die elektrische Isolation zwischen Deckel und Becher übernimmt ein auf den Deckel aufgebrachtes Band aus Isoliermaterial.

In einer weiteren Ausführungsform besitzt die äußere Elektrode Fahnen, die vor der Einführung des Elektrodenwickels in den Becher um die äußere Windung des Elektrodenwickels gelegt werden. Nach der Zusammenpressung des Bechers dienen diese Fahnen als zusätzliche Befestigung des Elektrodenwickels im Becher und gleichzeitig als elektrische Verbindung der äußeren Elektrode mit dem Becher.

Im folgenden ist an Hand der Figuren die Erfindung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt des galvanischen Elementes vor dem Zusammenpressen;

Fig.2 zeigt einen Schnitt längs der Linie H-II der

Fig. 1;

F i g. 3 zeigt einen Längsschnitt des galvanischen Elementes nach dem Zusammenpressen. Dabei sind die plastischen Verformungen übertrieben groß eingezeichnet;

Fig.4 zeigt den Schnitt längs der Linie IV-IV der F ig. 3;

F i g. 5 zeigt in Vergrößerung eine Einzelheit aus

F i g. 1;

F i g. 6, 7, 8 und 9 zeigen entsprechende Schnitte bei einer weiteren Ausführungsform der Zelle.

Die F i g. 1 und 2 zeigen den im Becher Il angeordneten Wickelelektrodensatz 10, bestehend aus negativer Elektrode 13, positiver Elektrode 14 und den beiden Separatoren 15 und 16. Bei der letzten Windung ist die negative Elektrode 13 gegenüber der positiven Elektrode 14 verlängert ausgeführt.

Die beiden spiralig aufgewickelten Elektroden sind in Längsrichtung auseinandergezogen. Am Boden des

Bechers überragt die negative Elektrode den Wickel, während im oberen Teil des Bechers die positive Elektrode übersteht. Dieser hervorstehende Teil 14a der Elektrode 14 ist an einen metallischen, elektrisch leitenden Deckel 17 angeschweißt. Dieser Deckel stellt die positive Anschlußklemme dar. Die negative Anschlußklemme stellt der metallische Becher 11 dar, der elektrisch leitend mit der äußeren Windung der Elektrode 13 verbunden ist.

Der Wickel 10 ist auf den Boden des Bechers 11 ge- ίο preßt. Der mit einem Rand 17a versehene Deckel 17 paßt in das Innere des Bechers 11. Ein ringförmiges isolierendes Kunststoffband 19 umgibt den Deckel 17 und verhindert die elektrische Leitung nach der Zusammenpressung des Bechers 11 auf den Deckel 17.

Die plastische Verformung des Bechermantels (s. F i g. 3 und 4) entsprechend der Oberfläche des Wickels wird durch Anlegen eines Kräftefeldes mit radialen Druckkomponenten hervorgerufen. Dieses Kräftefeld, das auf den leitenden Becher wirkt, wird durch ein impulsförmiges magnetisches Feld hervorgerufen.

Bekannt ist, daß ein zeitlich veränderliches magnetisches Feld in einem leitenden Material Wirbelströme hervorruft. Dieses leitende Material ist also nach Laplace Kräften unterworfen, die einem allseitigen Druck gleichkommen. Eine metallische plastisch verformbare Hohlform kann sich also durch diesen Druck den Unebenheiten des entsprechenden Stempels eng anschmiegen.

Im vorliegenden Fall wird das impulsförmige magnetische Feld um den Becher dadurch erzeugt, daß eine Induktionsspule kurzzeitig an eine Kondensatorbatterie angeschlossen wird. Um die Energieverluste durch Streuung klein zu halten, wird das magnetische Feld nur auf das erforderliche zylindrische Volumen konzentriert. In einer praktischen Ausführung beträgt die Impulsdauer des magnetischen Feldes nur einige zehntel bis einige hundertstel Mikrosekunden. Dabei ist das magnetische Feld auf ein zylindrisches Volumen von 25 mm Höhe konzentriert, und der darin befindliche Becher besitzt höchstens ein Spiel von 1 mm innerhalb der Vorrichtung. Um die Zusammenpressung des Bechers zu verwirklichen, kommen Energiemengen von 4 bis 12 kWs in Frage. Um eine unnötige Erwärmung zu vermeiden, wird das elektromagnetische Feld nur sehr kurzzeitig angelegt.

In einem Ausführungsbeispiel bestand der Becher 11 aus vernickeltem Stahlblech von 0,4 mm Dicke und besaß einen Durchmesser von 22 mm. Die Verengung lag in der Größenordnung von zwei bis drei zehntel Millimeter.

Die F i g. 3 und 5 zeigen, daß nach der Zusammenpressung die innere Manteloberfläche 11a des Bechers 11 sich sehr eng an die Unebenheiten der äußersten Windung 13a des Wickels schmiegt. Am Ende 136 der äußersten Windung der Elektrode 13 ist eine Einkerbung lib im Becher entstanden. Gleichzeitig mit der Zusammenpressung der inneren Manteloberfläche des Bechers auf die äußere Oberfläche des Wickels wird der obere Teil des Bechermantels gegen den mit Isolierband 19 versehenen Deckel 17 gepreßt, und es entsteht Kerbe Heim Becher.

Gemäß der Ausführungsvariante nach F i g. 6 bis 9 trägt die Elektrode 13 die Fahnen 20 und 21, die vor dem Einführen des Wickels 10 in den Becher 11 gegen die äußere Oberfläche des Wickels gelegt sind. Diese Fahnen dienen als Stromführung und sind nach der ZusammcnDrcssung, wie die F i g. 8 und 9 zeigen, fest, gegen die innere Manteloberfläche 11Λ des Bechers 11 gepreßt und rufen in dessen Manteloberfläche die Einkerbungen Hg bis Hi hervor. Diese Anordnung ist vorteilhaft in den Fällen, in denen die Elektrode 13 sehr lang ist und schnelle Entladungen vorkommen. In diesem Fall genügt es nicht, daß die äußere Windung der Elektrode 13, selbst unter Voraussetzung eines engen Kontaktes dieser Windung mit dem Becher 11, den Strom allein liefert.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen darin, daß der als Stempel für die Verformung des Bechers dienende Wickel an allen Stellen durch eine entsprechende spezielle Feldverteilung einem gleichen Druck unterliegt.

Da der Becher sich sehr eng an die durch die Verlängerung der Elektrode 13 und die stromführenden Fahnen hervorgerufenen Unebenheiten der äußeren Wikkeloberfläche schmiegt, ist der Elektrodenwickel fest im Becher eingeklemmt. Dadurch entfällt das sonst übliche Anschweißen der äußeren Elektrode an den Becher.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines galvanischen Elementes, insbesondere eines elektrischen Akkumulators mit Wickelelektrodensatz, bestehend aus positiver und negativer Elektrode mit zwischenliegender Separation, der in einem metallischen den Wickelelektrodensatz zusammenpressenden Becher angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß nach Einführung des festen Elektrodenwickels (13,14, 15, 16) auf den Becher (11) ein radiales elektromagnetisches Kräftefeld einwirkt, Jas den Bechermantel unter magneto-p'astischer Verformung eng an die Konturen des Wickels anpreßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Wickelefektrodensatz verwendet, in welchem beide Elektroden (13 und 14) in axialer Richtung gegeneinander versetzt sind und in welchem die äußere Elektrode (13) mit umgelegten Fahnen (20 und 21) versehen ist.